2、膳食淀粉与营养

根据Englyst方法，将淀粉分成了三大类：易消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）。易消化淀粉主要在口腔、小肠的上半部消化吸收利用，快速释放能量，可以引起高血糖的一些代谢应答；慢消化淀粉主要在小肠，包括十二指肠、空肠、回肠被消化吸收，持续释放能量，维持餐后血糖稳态；抗性淀粉，类似于膳食纤维，在肠道发酵产生一些短链脂肪酸，促进肠道健康。

通过淀粉体外模拟消化的方法，0-20分钟被酶消化水解的片段是易消化淀粉，中间20分钟到120分钟为慢消化淀粉，120分钟以后不消化的，称之为抗性淀粉。从餐后血糖应答曲线可以看到，慢消化淀粉被人体消化吸收以后，血糖缓慢释放，可以维持很好的血糖稳态，这种可以缓慢持续释放葡萄糖的特性是典型的低GI食品的一个特征。

慢消化淀粉能在小肠中被完全消化吸收但速度较慢的淀粉片段，主要是包括一些生的淀粉、未经糊化的淀粉、部分老化淀粉及淀粉复合物。慢消化淀粉的生理功能包括持餐后血糖稳态；提高机体胰岛素敏感性；缓释能量，改善认知功能；调控肠道激素分泌；调节食欲，减少饥饿感；预防治疗糖代谢失衡综合症。

一些食品里面可能需要有高含量的慢消化淀粉才有效，慢消化淀粉含量要超过40%才有作用。食品一般经过热加工后，慢消化淀粉含量会小于10%，如何来保持整个热加工过程中慢消化淀粉含量的高比例，需要我们去研究，包括去拓展一些新工艺的加工策略。

二、低升糖淀粉结构基础

1、淀粉的消化过程

首先是含淀粉底物跟酶结合，在经过催化作用进行降解形成一些小分子的糖。但是淀粉底部分子结构复杂，像常见的直链淀粉，可能有不同的糖苷键。在一级结构基础上，可以产生很复杂的高级结构，包括淀粉相互结构的螺旋堆积，形成一个半静态的结构。

2、淀粉的消化调控策略

怎么来控制淀粉的消化过程，我们提出了两个加工的理念，首先第一个就是淀粉底物分子结构（一级）特征限制酶催化反应速率。第二个是底物物理屏障（高级）阻碍淀粉与消化酶接触结合。比如说酶怎么跟底物去结合，会导致消化速率的减缓，甚至可以不消化。

我们分析了慢消化淀粉的一级结构。大概筛选了六十多品种的玉米淀粉，发现支链淀粉可能是慢消化淀粉的分子基础，揭示具有超支化短链和低支化长链分子结构是理想SDS原料。

我们发现包括田字型、e跟y型的淀粉结构就是一个高比例分类，糖苷键包括链长小于13，是一个良好的慢消化淀粉的结构；再一个是通过它的一级结构，我们发现可以通过改变糖苷键来对淀粉的精细结构进行改变，包括扩链、支化、环化、键型重构等；可以通过改变键型来延缓糖苷酶的水解，至少能提高延缓它的随机速率10倍以上。

淀粉的结构分成了三类：A-型结晶结构、B-型结晶结构和V-型结晶结构，V-型结构一般是淀粉跟脂质的复合物。我们发现天然淀粉，尤其是谷物淀粉是慢消化淀粉的一个良好的原料。电镜图中，这是我们常见的玉米淀粉的一个淀粉颗粒，可以看到在淀粉颗粒表面会形成一个孔洞，孔洞有利于消化的时候，酶从表面扩散到淀粉颗粒中心。A-型结晶结构的天然谷物淀粉是典型的慢性化淀粉。

玉米淀粉

我们还提出了一个概念-“slow digestion state”概念，发现控制贮藏温度和时间可调控淀粉消化营养片段，揭示回生淀粉链有序化过程与慢消化淀粉匹配规律。比如米饭放在冰箱里面，第二天口感会变差，这是因为淀粉的老化。淀粉老化过程当中可以分两个阶段，一个短期回升，就是淀粉变成慢性化合物抗性淀粉；另一个在长期储存过程当中，慢消化淀粉变成抗性淀粉的结构。在冰箱短期储存会导致高比例慢消化淀粉的形成，慢消化淀粉的含量和储存时间呈钟形曲线分布。

我们还研究了淀粉组分的相互作用，提出葡聚糖、海藻酸钠等非淀粉多糖包裹淀粉颗粒的加工方法，阐释基质互作调节食品形态结构与营养品质的分子机制。

3、淀粉慢消化特性的加工策略

可以通过加工策略或者加工手段，通过一些组分的相互作用，使慢消化淀粉的含量达到40%以上，对此我们提出了一整个慢消化淀粉的加工策略。首先筛选淀粉的颗粒，包括对一些淀粉颗粒的来源、结构进行筛选。考虑淀粉的蒸煮的一些条件，包括控制淀粉的活化度，控制淀粉的限制糊化，使它的慢性化性能可以保持。糊化以后，经过储藏结晶，形成一个链的双螺旋结构，最终形成特定的食品结构。还提出了通过化学改性、物理改性或者酶改性，对淀粉的结构进行改性；通过食品的组分机制的相互作用，来调控淀粉体系的慢消化性能。

血糖生成指数（GI）是反映某种食物升高人体血糖的即时效应，无法衡量进食碳水化合物总量的影响。但是GI评价也有局限性，包括碳水化合物类型：单糖、二糖、支链淀粉、直链淀粉；食物其他成分含量影响 ：膳食纤维、脂肪、蛋白质；食物形状和特征：颗粒尺寸、物理形态、成熟度；食物加工烹饪方法：加热方式与时间、冷却储藏。可能都会影响GI的一些测定值。

2、体内评价方法—GL

血糖负荷GL可用来评价某食物的摄入量对人体血糖影响的幅度。GL将碳水化合物的“数量”和“质量”结合起来，表示一定重量的食物对人体血糖影响程度的大小。

3、体内评价方法—第二餐效应

第二餐效应(second meal effect)—多伦多大学Jenkins斯教授提出的： 第一餐吃低GI食物后不但餐后血糖和胰岛素分泌较低，连带第二餐后血糖和胰岛素的分泌也更低 。

4、体内评价方法—血糖应答曲线

2002年英国临床应用上发表的研究显示，易消化淀粉跟GI值呈正相关，抗性淀粉跟GI值呈负相关，慢消化淀粉跟GI值的关系还不清楚。我们的一项新研究提出了两个概念来评价慢消化淀粉的数量和质量，用于说明吃了慢消化淀粉后，怎么来评价血糖的应答：增加的血糖指数（EGI）、血糖概况（GP）。

5、体内评价方法—肠道激素

碳水化合物的消化吸收尤其在小肠的回肠阶段，肠粘膜上皮大概有44种酶，负责把一些小分子的糖转化成葡萄糖。这个过程会刺激肠道激素的分泌，其中包括胰高糖素样-1(GLP-1)和肽YY(PYY)。

四、低升糖淀粉类食品创制

依据靶向功能理性设计原理，重构食品多组分、多相态、多层次结构，创制功能结构一体化的健康营养食品。我们重点关注米饭和面条的开发。

主食产品--做饭粳米

常见的普通稻米的营养品质比较差，它的淀粉也容易糊化，导致血糖反应异常。如何把它变成很好的米饭，从种植、贮藏到蒸煮、冷却、摄食，这里面有很多的科学问题去研究。

我们对做饭粳米有过研究，在稻米淀粉生物合成的代谢路径上大概有4个酶：颗粒结合型淀粉合成酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶、淀粉脱支酶。

我们基于淀粉特定结构的作物育种技术筛选高抗性淀粉的粳米，发明富含慢消化态淀粉的稳态加工方法，能够促进低GI稻米主食的精准创制。

精深加工--全麦面条

全麦面条的难点是适口性和消化性较差，消费者接受度低。我们对燕麦的结构进行了解析，将适度粉碎的淀粉颗粒包裹在里面，实现淀粉颗粒的精准加工。体外评价试验显示，这样得到的淀粉颗粒的消化速率比淀粉本身的消化速率要慢。

创新全麦食品体相结构优化与组分稳态化技术，创制出产品质构风味良好、营养功能最大化的低GI全麦面条食品，我们通过“稳态复配、短时蒸煮、直接成型、连续干燥” 的新工艺得到的全燕麦面条，不需要蒸煮，只需在温水浸泡5—10分钟就可以食用。动物实验也表明了，与普通面条相比，β-葡聚糖含量高的全燕麦面条的血糖控制效果更好。

报告专家：缪铭教授 江南大学食品学院